茶树抗寒性研究

茶树抗寒性研究（共4篇）

茶树抗寒性研究 篇1

1 材料与方法

1.1 试验仪器

剪刀 (修枝剪) 、玻璃瓶、三角瓶、棉塞、纱布、报纸、烧杯、量筒、蒸馏水、电子天平秤、电导仪、水浴锅、记号笔、标签纸、刀片、解剖镜、纸与笔等。

1.2 试验材料

试材选用生长发育相对一致的2年生西府海棠树上的1年生枝条。

1.3 试验方法

试材于2013年1月初采回, 剪去坏枝并洗干净后, 放在5℃的冰箱内进行短期存放。2013年3月上旬, 将所采回的西府海棠枝条按照-7℃、-12℃、-17℃、-22℃以及对照的温度梯度分为5大组, 且保证每组枝条的数量、粗细长短、生长势基本一致。将每1大组的枝条平均分成3小组, 即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组, 保证其枝条数量、粗细长短、生长势基本一致。每1大组中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组均需经过同一温度处理。Ⅰ组进行电解质渗出率的测定, Ⅱ组制作徒手切片, 进行组织结构的解剖观察, Ⅲ组进行水培生长情况的观察。

1.3.1 不同低温处理后测定电解质渗出率。

将对照组仍置于5℃冰箱内贮藏, 将其余4个大组放入冰箱内分别做连续梯度的降温处理, 设置的处理温度有-7℃、-12℃、-17℃、-22℃。每1组都要经过24h的低温处理, 将处理后的试材取出, 用剪刀分别将每个处理组中的Ⅰ组西府海棠枝条剪成2~3mm厚的小段, 用电子天平称取3g样品置于洗净的小三角瓶内, 并加入30ml蒸馏水, 塞好棉塞, 静置24h, 设置6次重复。在浸泡24h后, 用电导仪测定渗出液的电导率, 求其平均值为C1, 然后将低温处理后测定过的各样品放入水浴锅中煮沸20min, 杀死组织细胞, 静置冷却24h, 再测定其电导率, 取其平均值C2, 并按下列公式计算出电解质渗出率。

电解质渗出率=C1 (低温处理电导率) /C2 (煮沸后电导率) ×100%

1.3.2 不同低温处理后徒手切片观察组织结构。

经过不同低温处理后, 每1大组中的第Ⅱ组的西府海棠枝条平均分成5份, 设置5次重复, 从每份中随机取出样本进行解剖, 在解剖镜下进行观察, 观察经不同低温处理后的西府海棠枝条外表皮颜色, 同时观察其内部组织中表皮、韧皮部、形成层、木质部受冻害的程度, 主要通过其颜色深浅的变化以及细胞排列和破损情况等表现出来。

1.3.3 不同低温处理后水培观察生长情况。

分别将不同低温处理后的每个大组中第Ⅲ组西府海棠枝条平均分成6份, 设置6次重复, 从每份中随机取出样本剪成10cm左右的小段插入盛有自来水的玻璃瓶中, 每2天观察1次, 并换水, 观察其萌芽展叶生长的情况, 持续几周。

2 结果与分析

2.1 不同低温处理对西府海棠枝条质膜透性的影响

经过-7℃、-12℃、-17℃、-22℃4个不同低温处理后的西府海棠枝条的电解质渗出率分别为80.838%, 81.225%, 85.780%, 92.607%。对照组的西府海棠枝条的电解质渗出率为80.667%。经计算又可得出:经过-7℃﹑-12℃﹑-17℃﹑-22℃4个连续梯度低温处理后与对照组的电解质渗出率相差的百分点个数分别为:0.171、0.387、4.555、6.827。由此看出, 在-7℃低温下西府海棠的抗寒性与对照基本无差异;而依次经过-12℃、-17℃、-22℃低温处理的西府海棠枝条电解质渗出率逐渐增大, 说明质膜透性改变加大, 受冻害情况也越来越严重, 抗寒性减弱。

2.2 不同低温处理下西府海棠枝条外部形态和内部组织的变化情况

随着处理温度的降低, 西府海棠枝条外部颜色以及其内部组织包括韧皮部、形成层、木质部的颜色都逐渐加深, 而且韧皮部还出现水浸状现象。另外, 细胞随处理温度的降低而变得不饱满, 排列变得不整齐, 并出现轻微破损现象。经过-7℃处理的西府海棠枝条与对照基本无太大差别, 经过-12℃处理后细胞排列状况及内部组织颜色有一定变化, 而-17℃与-22℃处理后细胞排列状况及内部组织颜色与对照相比变化较大, 说明本试验中西府海棠在-17℃和-22℃时抗寒性减弱, 组织破坏较严重, 受到较严重冻害。

2.3 不同低温处理对西府海棠枝条生长的影响

通过对不同低温处理的西府海棠枝条水培几周的观察和统计, 叶芽萌发的时间随处理温度的降低而推迟, 萌芽率也随处理温度的降低而减小。经过-7℃低温处理后的枝条萌芽率与对照接近, 经过-12℃低温处理的西府海棠枝条萌芽率达到75%, 经过-17℃处理的西府海棠枝条萌芽率只有25%, 而在-22℃低温下处理的西府海棠枝条的萌芽率为0。

3 结论

在鉴定西府海棠枝条抗寒性的过程中, 利用电导法、徒手切片法和水培法所得出的鉴定结果基本一致:随着处理温度的降低, 组织受破坏越严重, 电解质渗出越多, 恢复生长的能力越差。综合3种方法来看, 其中在-7℃和-12℃处理下西府海棠基本无冻害发生;而-17℃是西府海棠抗寒性的临界低温, 85.780%的电解质渗出率是其生理指标;-22℃是西府海棠抗寒性的临界致死低温, 92.607%的电解质渗出率是其生理指标。

不同地域铁皮石斛抗寒性研究 篇2

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设在江苏省吴江市八坼社区西郊的吴江市苗圃集团有限公司基地。基地位于北纬30°04′,属于北亚热带湿润季风气候,夏季气温较高,潮湿多雨,冬季干燥寒冷,季风明显,四季分明。降水相对集中在梅雨季节6~7月,常年平均降水量为1093.5mm。年平均气温15.8℃,极端最高气温28.0℃,极端最低气温-3.3℃,无霜期200~240d。灌溉用水取自太湖支流。

1.2 试验材料

2007年10月分别从云南、江西、福建、广东和浙江等省收集铁皮石斛野生种子,在组培室条件下繁育组培实生苗,2008年5月将组培苗移栽至32个穴盘,于温室条件下培育小苗。9月选用生长势一致、不同种源的铁皮石斛二年生苗作为试材。

1.3 试验方法

由于吴江地区位于铁皮石斛野生分布带北缘,其露地自然条件下铁皮石斛无法越冬,因此9月将各种二年生苗移至标准蔬菜大棚(单层薄膜)下进行常规养护,冬季无加温措施越冬。每个种源选取1盘(32丛,3~5株/丛),1盘为1个处理,3次重复。

1.4 观测项目及测定方法

2009年2月底对试验区各种源进行冻害情况调查,将冻害调查标准分为6个等级。0级:植株正常,无冻害现象;1级:植株个别叶片叶尖受冻,受冻害叶局部萎缩或焦枯;3级:植株半数以下叶片叶尖受冻,受冻害叶局部萎缩或焦枯;5级:植株有半数以上叶片受冻,受冻叶子局部或大部分萎缩、焦枯,但心叶正常;7级:植株叶片全部受冻,受冻害叶子局部或大部分萎缩、焦枯,心叶正常或心叶微受冻害,尚能恢复生长;9级:植株大叶与心叶全部受冻,趋向死亡。按冻害等级划分依次调查各个种源的冻害情况,然后计算各种源的冻害指数。冻害指数=∑(冻害级株数×代表级值)/(调查总株数×冻害最重一级代表级值)×100;受冻率=冻害1级以上(包括1级)株数/调查总株数,用LSR法测定其差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同地域种源越冬冻害表现

2008年12月至2009年2月试验区月平均气温分别为7.0℃、3.4℃、8.7℃,极端最低气温-5.6℃,与历年月平均值相比没有明显的变化(见表1)。说明从2008年12月到2009年2月当地的气温属于正常变化范围,铁皮石斛个别不同地域种源发生的冻害现象并不是当年气候异常所造成的,而是个别不同地域种源本身对当地冬季低温天气不适应造成的。从表2可以看出,经过一个冬季后,常规大棚条件下,5个不同地域铁皮石斛的受冻情况差异很大。其中以云南种源受冻最为严重,受冻率达99.2%,平均冻害指数达90.9,与其他地域种源差异为极显著,因此云南种源在吴江地区类似生长条件下不能正常越冬;其次是广东与福建种源,冻害指数分别为64.0和44.1,受冻程度较大,不适合在吴江地区栽培,与其他地域种源之间差异显著;江西种源受冻害程度较轻,与其他地域的种源差异表现为极显著;受冻最轻的为浙江种源,冻害指数仅为9.8,与其他地域种源差异表现为极显著,为最抗寒类型。

2.2 不同地域种源抗寒性差异

铁皮石斛不同地域种源表现出的抗寒性差异主要是由地理变异所决定的。铁皮石斛在我国分布区域较广,各区域地理气候差异造成铁皮石斛种源间的变异多样,其生长性、适应性、抗逆性等性状差异较大。云南省四季如春,其种源休眠期极短,生长性强,但适应性和抗逆性最差;广东和福建省冬季极端气温较高,持续时间短,故其种源抗寒性也不强;江西和浙江省尤其是近北部地区,四季分明,其种源夏季和冬季均休眠而停止生长,生长性较差,但适应性和抗逆性最强,其中浙江种源尤为突出。

2.3 不同地域种源的外观性状与抗寒性的关系

不同的地理环境条件使得铁皮石斛种源在外观性状上表现出很大的差异。在野生药材采摘和枫斗加工较早和较密集的浙江乐清地区,当地药农将铁皮石斛分为“硬脚”(H型)和“软脚”(F型)2种,根据各地引种的种源在试验区生长表现,云南、江西和广东地域的种源多属于“硬脚”范畴,福建和浙江地域的种源多属于“软脚”范畴。从外观茎杆颜色看,有茎颜色暗红、泛青带密集紫红色小点和青色茎杆带少许紫红色小点等。浙江地域种源茎杆颜色大多较深;云南、广东、福建地域种源茎杆带有紫红色小点;江西地域种源茎杆青色、少有紫红色小点等。在这些不同外观特征表现中,“软脚”种源普遍较“硬脚”种源抗寒性强;颜色深的种源普遍较颜色浅的种源抗寒性强。

2.4 不同地域种源越冬后恢复情况比较

2009年5月对铁皮石斛不同地域种源受冻后恢复生长情况进行调查,其萌发新芽情况见表3。

由表3可以看出,由于云南种源受冻程度严重,地上部分多被冻死,基部萌发新芽很少,且恢复生长势弱,与其他地域种源差异为极显著;江西、广东和福建种源受冻后可以恢复生长,其中福建品种恢复较差,与江西种源差异表现为显著,而江西和广东种源萌发新芽数量方面差异不明显;浙江种源受冻程度较轻,萌芽数量多,生长旺盛,与其他地域种源差异极显著。生长表现方面:云南种源无法恢复正常生长;广东和福建种源基部萌芽细小而密集,生长势弱;江西种源新芽数量少但茎杆粗壮,恢复生长势旺盛;浙江种源新芽数量多而且茎杆粗壮,生长势最佳。

3 小结

(1)对引进的铁皮石斛不同地域种源的越冬情况和受冻恢复生长调查表明,5个种源的抗寒性依次为浙江种源>江西种源>福建种源>广东种源>云南种源。

(2)设施大棚条件下,铁皮石斛浙江种源和江西种源适合在吴江地区栽培,而其他3个地域种源需采取冬季加温辅助措施才能减少冻害,增加栽培产量。

(3)铁皮石斛分布区域广,不同地域品种类型丰富。本次试验只涉及5个地域铁皮石斛的冬季适应性研究,对各种源的地区适生性有待于进一步试验研究。

摘要：用不同地域铁皮石斛的二年生苗进行抗寒性研究,结果表明:各种源在相同条件下抗寒性差异明显,其抗寒性顺序为浙江种源>江西种源>福建种源>广东种源>云南种源。

关键词：铁皮石斛,种源,抗寒性,冻害指数

参考文献

[1]姜成英,杨成生,孟少童,等.不同种源铅笔柏抗寒性对比研究[J].甘肃林业科技,2004,29(3):48-49.

[2]徐程,詹忠根,廖苏梅.8种不同地域铁皮石斛农艺性状及多糖和纤维素分析[J].浙江大学学报,2008,35(5):576-579.

国内紫花苜蓿抗寒性机理研究进展 篇3

1 紫花苜蓿形态结构与其抗寒性

1.1 茎叶结构与其抗寒性

植物的茎和叶作为暴露在环境中的器官,最易受到并反映环境诸因子所带来的影响。但到目前为止,有关苜蓿茎叶形态结构对低温适应性的报道还很少。孙启忠等人研究表明,越冬率与越冬前植株状态密切有关,播种当年根颈的粗度、分枝数的多少、株高及单株重量,在不同播期之间差异显著。播种期越早根颈越粗,分枝增多,株高及单株重提高,苜蓿越冬率也相应增加[2]。刘香萍等人研究发现,苜蓿子叶节长度与抗寒性之间相关性不大,第一真叶叶腋枝条长度与抗寒性间呈显著正相关性,可作为生产实践中评价苜蓿抗寒性能的参考指标之一[3]。

1.2 根系特征与其抗寒性

苜蓿的抗寒性在很大程度上取决于根系,分枝型根系比单个直根能更好地忍受冻拔现象[4]。在直根型、分枝根型、根茎型和根蘖型4种苜蓿根系类型中,根蘖型苜蓿由于具有葡萄根根颈和深入土中的根颈,所以对干旱、严寒的抵抗力强[5]。分枝根型苜蓿可形成地下茎,可以自身更新,当主根死后,可与母株分离而保持独立生存,在苜蓿具有根系增殖的伸展习性时,比具直根系的植株更为抗寒,更易于在伤害后恢复生长。梁慧敏等从根系生理生化的变化上证明了根蘖型苜蓿抗寒越冬力强于直根型苜蓿[6,7,8]。对受冻害后紫花苜蓿根颈再生方法的研究发现,通过除去冻害部位,可防止根系继续腐烂,保护了未冻害部分,增加了苜蓿发芽的有效部位,同时,使根系与地面的距离变短或露出地面,增加光照强度,提高地温,促使未冻害苜蓿根系发芽,返青提前,增加产量[9]。

2 紫花苜蓿生理生化变化与其抗寒性

2.1 相对电导率变化与其抗寒性

苜蓿的抗寒性与细胞膜透性及细胞膜脂肪酸成分有着密切的关系。低温胁迫下,苜蓿细胞膜受损,透性增大。而抗寒性强的品种其细胞膜透性较抗寒性差的品种要小,电解质渗出率低。邓雪柯等通过对低温胁迫下紫花苜蓿电导率等生理生化指标的测定,结果表明,在高于-3℃低温胁迫时,叶片的电导率呈缓慢增加,而在低于-4℃时,由于质膜受到损伤电导率呈明显增加,表明该紫花苜蓿可以耐受-3℃的低温[10]。由继红等用紫花苜蓿叶片诱导产生愈伤组织,然后用EMS对愈伤组织进行处理,并进行低温筛选,获得抗寒性突变体,并用生理生化方法对愈伤组织突变体的抗寒性进行了鉴定,结果表明,突变体和正常愈伤组织的相对电导率区别极显著,电导率是用来鉴定植物抗寒性大小的一项常用指标,其值越大,则抗寒性越小,实验结果表明突变体是抗寒的[11]。

2.2 碳水化合物含量与其抗寒性

碳水化合物作为植物抗寒的主要保护物质之一,是植物体在低温期间积累的重要有机物,尤其对于二年生和多年生植物而言,秋季积累贮藏性碳水化合物是植物越冬、再生的能量和物质来源,也是更新芽萌动的主要动力。而关于苜蓿越冬和低温胁迫期间碳水化合物积累方面的研究结果不尽相同。主根中碳水化合物对苜蓿的返青及抗寒性起十分重要的作用[12]。陶雅等以国内外6个紫花苜蓿品种为试验材料,研究了不同时间、不同品种根部可溶性糖含量的动态变化与抗寒性的关系,结果表明,苜蓿根内的可溶性糖含量从9月中旬开始升高,11月中旬达到最高峰,之后开始逐渐下降,一直延续到次年5月中旬,说明可溶性糖是一种低温保护物质,能够提高苜蓿对低温胁迫的适应[13]。梁慧敏等取样测定了根蘖型、直根型苜蓿水分及碳水化合物含量、过氧化物酶的活性,研究表明,以宿根越冬的苜蓿其抗寒力主要表现在根部,与直根型苜蓿相比,根蘖型苜蓿根颈水含量低,可溶性糖含量和过氧化物酶的活性高,这些重要的生理特性与根蘖型苜蓿优良的抗寒性有关[7]。刘香萍实验结果认为苜蓿主根糖浓度显著正相关于其抗寒性,淀粉浓度与抗寒性呈显著负相关,TNC浓度也与抗寒性间呈一定负相关,但相关性不显著,同时,糖、淀粉与TNC秋季单株主根总含量没有表现出与抗寒性间的显著相关性[14]。

2.3 氮代谢变化与其抗寒性

在冷胁迫条件下(短日照、昼温10℃、夜温5℃),抗寒性强的苜蓿品种能够结瘤并且固氮。相反,抗寒性弱的苜蓿品种根部或者是不能结瘤或者是结瘤很少,几乎不能固氮。即使在非冷胁迫条件下,抗寒性品种的结瘤及固氮能力也较非抗寒性品种要强。全氮含量不仅关系到苜蓿对低温的抵御能力,而且直接关系到苜蓿翌年春季的再生与返青。

低温胁迫会引起植物细胞中可溶性蛋白质含量发生变化,并有特异蛋白的产生,且与植物的抗寒性密切相关。低温引起蛋白质的变化在植物抗寒中的作用日益受到人们的关注,成为现今植物抗寒研究中的热点之一。蛋白质的变化与紫花苜蓿抗寒性的关系研究,在我国还属空白。

游离氨基酸与苜蓿的抗寒性关系研究表明,苜蓿根内游离氨基酸、精氨酸在秋末冬初升高,并在整个冬季保持较高水平,春季返青时下降[15]。脯氨酸富含能量、含氮化合物,是逆境下氮和能量的储存库。脯氨酸含量的变化可以作为衡量植物抗寒性的重要生理生化指标。韩瑞宏等认为,低温下,苜蓿植株体内脯氨酸含量的增加有利于提高其抗寒性[16]。

2.4 脂类代谢变化与其抗寒性

低温锻炼时苜蓿抗寒品种的脂类含量增加,其中主要是多聚不饱和亚油酸和亚麻酸含量增加以及膜组分磷脂的增加。对20种苜蓿叶片膜脂脂肪酸组分和变化的分析中发现,5℃低温状态下,苜蓿品种间叶片膜脂棕榈烯酸亚麻酸含量高、变化率大,表现出对低温环境的敏感,为苜蓿的抗寒指示性脂肪酸[17]。

2.5 保护酶系统变化与其抗寒性

低温胁迫下,植物体内超常积累活性氧自由基,引起膜脂过氧化导致冷伤害。植物体内超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等保护酶系统具有清除活性氧自由基的功能,以减轻活性氧对植物的伤害。冯昌军等研究了苜蓿幼苗叶片内SOD、POD活性的变化,结果表明,随着低温胁迫时间的延长,苜蓿幼苗叶片内SOD、POD酶活性均呈现先上升后下降的变化趋势,酶活性下降后仍能维持高于对照的活性水平,从而证明苜蓿通过维持较高水平的SOD、POD活性来适应低温胁迫,减轻低温伤害[18]。杨秀娟在对抗寒性差异较大的2个苜蓿品种根茎POD、SOD和CAT酶活性测定发现,从夏季到冬初,POD、SOD和CAT酶活性增强,但在进入冬季最冷月,3种酶活性明显下降[19]。酶带数的多少可以测定苜蓿的抗寒性。梁慧敏等通过对根蘖型和直根型苜蓿根、茎、芽的过氧化物酶同工酶变化的测定,结果表明,2类根系苜蓿同工酶谱带数目的变化均与季节温度变化相一致,但根蘖型苜蓿的数值明显大于直根型苜蓿,说明根蘖型苜蓿抗寒越冬力强于后者[6]。魏臻武等利用聚丙烯酰胺凝胶电泳分析结果表明,不同苜蓿品种具有6条共同的SOD同工酶酶带,适应高寒地区气候条件的当地材料同德杂种苜蓿表现出与其它苜蓿品种较大的特异性[20]。

2.6 激素变化与其抗寒性

一些生长抑制剂可以促进抗寒性,而促生长激素如赤霉素和植物生长素抑制抗寒性的发展。王静等应用植物叶片膜透性的测定方法研究了外施单宁酸溶液对紫花苜蓿幼苗膜透性的影响,结果表明,用单宁酸溶液处理苜蓿幼苗,可以降低膜透性,提高幼苗的抗寒性[21]。

将非抗寒性品种(Hairy Peruvian)在短日照低温条件下培养于脱落酸(ABA)营养液中,发现其抗寒能力得到明显增强。相对应,将抗寒性品种(Ranger)在短日照低温条件下用赤霉素(GA)处理,其表现出非抗寒性品种的生长特性,并且抗寒能力下降[22]。

3 展望

紫花苜蓿的抗寒性与其外部的茎叶结构和根系特征及其内部的细胞膜透性、体内碳水化合物含量、氮代谢、脂类代谢、保护酶系和激素变化密切相关,随着苜蓿抗寒性研究的逐步深入,对上述因素与苜蓿抗寒性的关系研究也越来越清楚。但在苜蓿抗寒性的研究中仍有很多问题尚待解决。迄今为止,还未形成一个快速、简洁、准确的抗寒鉴定指标体系;关于根系与苜蓿的抗寒性之间的关系还不十分清楚。与国外相比,我国在苜蓿抗寒性分子生物学、基因工程方面的研究差距还很大。在当代分子生物学、分子遗传学和基因工程等现代生物技术的支撑下,相信我国对紫花苜蓿抗寒性机理研究会有创新性突破。

摘要：根据国内大量研究成果,从紫花苜蓿的外部茎叶结构和根系特征及其内部的细胞膜透性、体内碳水化合物含量、氮代谢、脂类代谢、保护酶系和激素变化等方面综述了紫花苜蓿抗寒性机理。

茶树抗寒性研究 篇4

作为一种抗寒性较强的植物品种,当紫花苜蓿受到低温胁迫时,其渗透调节物质等生命信息都会发生明显变化,而春灌可以改善苜蓿返青期根区环境,对于缓解低温胁迫的影响,帮助作物规避低温胁迫具有作用。早春土地开始解冻后,及时灌水,保持土壤湿润可以降低土温,延迟发芽萌动与返青,避免倒春寒危害,并能保证作物返青期的土壤墒情。春灌无疑改善了紫花苜蓿越冬期的环境条件,同时不同春灌条件下紫花苜蓿自身的抗寒性能也发生了变化。实践证明,通过灌水,增加紫花苜蓿关键生育期的土壤含水量能明显减轻苜蓿冻害程度,提高其越冬率[6,7]。本研究采用苜蓿返青期春灌这一简单易行的田间管理措施,试验测定紫花苜蓿返青期的生理生化指标,并结合产量等生命信息,分析和研究春灌条件下紫花苜蓿抗寒性变化,旨在探明春灌改善牧草越冬期低温胁迫的作用与机理,以期利用春灌改善紫花苜蓿生境条件,提高苜蓿抗寒越冬能力,增加其返青率,实现农牧业水资源的高效利用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014-2015年在中国水科院牧区水科所草地水土保持生态监测基地进行,行政区归属于包头市达尔罕茂明安联合旗东南部的希拉穆仁镇,地理位置为东经111°12′、北纬41°21′,海拔1 600m。属大陆性季风气候,具有冬季漫长严寒,夏季短促温凉,寒暑变化强烈,昼夜温差大的特点,多年平均降雨量284mm,且主要集中于7-9月,多年平均蒸发量2 305mm;年平均气温2.5℃,多年平均日照时数3 100h,无霜期83d,多年平均风速4.5m/s。

1.2 试验材料与方案设计

供试苜蓿品种为准格尔,来源于内蒙古自治区草原站。2014年春季完成苜蓿的播种,采用人工条播,行距30cm,播种量15kg/hm2,播深3cm,播后镇压。

春灌采用滴灌方式,灌溉次数为2次,灌水时间分别选择于2015年5月6-7日、5月17-18日,同年5月下旬苜蓿返青。灌溉水量分为高(G)、中(Z)、低(D)水量灌溉,另设不灌溉(B)处理。对应灌水量以田持的90%、70%、50%作为灌水上限。苜蓿其余生育期采用一致的田间管理措施,试验苜蓿为大田种植,每种处理设3个重复,共设置12个试验小区,每个小区面积为3.0m×9.0m,横向隔离带宽1.0m,纵向隔离带宽0.5m。

1.3 测定项目及方法

灌溉小区管道出口均设有水表用来读取春灌水量,并记录灌水时间。试验田苜蓿为第2年生,根据当地生产经验,2015年分别于7月5日、9月20日收获2茬,对不同处理分别进行测产。

2015年5月20日对不同灌水处理下苜蓿根系进行采样分析,对其6项生理指标进行测定,做5次重复。其中苜蓿根系渗透调节物质3项,组分及测定方法分别为游离脯氨酸含量测定采用茚三酮显色法,可溶性糖测定采用苯酚-硫酸法,丙二醛(MDA)测定采用硫代巴比妥酸(TBA)分光光度计法。测定苜蓿根系保护性酶指标2项,其中超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑法测定,过氧化物歧化酶(POD)采用愈创木酚法测定。采用TTC法测定越冬期苜蓿根系活力作为根系生长指标。

2 结果与分析

2.1 苜蓿根系渗透调节物质测定结果

在低温胁迫环境下,苜蓿体内积累各种渗透调节物质,使植株具有渗透调节的能力。植物在环境胁迫下,通过细胞内代谢活动,合成某些对原生质无伤害的渗透调节物质从而降低水势以平衡周围环境的胁迫。在低温胁迫下,细胞膜透性增大使细胞内大量物质渗出,此时苜蓿细胞内代谢加强,合成渗透调节物质降低细胞渗透势从而减轻细胞伤害。

2.1.1 游离脯氨酸

脯氨酸含量是一种衡量苜蓿抗寒性的重要生理生化指标。处于低温等逆境时,植物体内会积累与抗逆性相关的游离脯氨酸。植物体内的游离脯氨酸进行有效的渗透调节作用,维持原生质与环境的渗透平衡,以保持细胞内环境的相对稳定。苜蓿植株体内脯氨酸的含量增加有利于提高其抗寒性[8],并且随着低温胁迫时间的延长,苜蓿体内游离脯氨酸绝对含量逐渐增加[9]。

苜蓿根系游离脯氨酸含量采用茚三酮显色法在实验室提取,首先通过实验制作脯氨酸标准曲线,然后通过测定样品测定液的吸光度值,结合标准曲线查出样品测定液中脯氨酸的含量,并最终通过下式计算样品中脯氨酸的质量分数:

式中:F是样品中脯氨酸的质量分数;C是提取液中脯氨酸的质量,μg,由标准曲线求得;V是提取液总体积,mL;a是测定时所吸取的体积,mL;W是样品重,g。

测定结果详见表1。

2.1.2 可溶性糖

植物体受低温胁迫初期,细胞内可溶性糖含量的增加可帮助其适应低温环境[10]。伴随环境温度下降,苜蓿细胞内大分子物质发生水解从而增加可溶性糖,可溶性糖含量越大苜蓿的抗寒能力越强。苜蓿根及根茎中可溶性糖的积累与其抗寒及越冬性呈显著的正相关[11]。

可溶性糖含量采用苯酚-硫酸法测定,其原理是多糖在硫酸的作用下先水解成单糖,并迅速脱水生成糖醛衍生物,然后与苯酚生成橙黄色化合物,再以比色法测定。主要的实验步骤包括标准品溶液的制备、标准曲线的制作、样品中可溶性糖的提取和测定。

吸取0.5mL样品液于试管中,加蒸馏水0.5mL,按顺序分别加入1mL的50g/L苯酚溶液,5mL浓硫酸,显色并测定吸光度,有回归方程求出葡萄糖的量,按照下列公式计算样品中可溶性糖的含量。

式中:Ssc是可溶性糖含量,μg/g;C是回归方程求得的葡萄糖含量,μg;VT是提取液定容体积,mL;V1是吸取样品液体积,mL;M是称取样品的质量,g。

测定结果详见表1。

2.1.3 丙二醛

苜蓿在逆境中受到伤害,伴随发生膜脂过氧化作用,丙二醛(Malondialdehyde,MDA)是这一作用的最终分解产物,因此越冬期苜蓿根部的MDA含量能够代表膜脂过氧化的程度,从而间接反映苜蓿抗寒能力的强弱。

采用硫代巴比妥酸(TBA)分光光度法测定,其原理是丙二醛(MDA)与TBA在酸性和高温条件下反应生成红棕色的三甲川,并在532nm处有最大光吸收,在600nm处有最小光吸收。但是糖与TBA显色反应产物在532nm处也有吸收(最大吸收峰在450nm处),测定植物组织中的MDA时会受可溶性糖等多种物质的干扰,因此测定植物组织中MDA-TBA反应物质含量时一定要排除可溶性糖的干扰。已知蔗糖与TBA显色反应产物在450和532nm波长下的比吸收系数分别为85.40和7.400;MDA在450nm波长下无吸收,故该波长的比吸收系数为零,532nm波长下的比吸收系数为155 000。根据双组分分光度计法建立方程组如下。

式中:c1是可溶性糖的浓度,mmol/L;c2是MDA的浓度,μmol/L;A450、A532、A600分别代表450、532和600nm波长下的消光度值。

通过上述方程组求得苜蓿根系样品提取液中可溶性糖、MDA的浓度,根据植物组织的质量计算测定样品中MDA的质量摩尔浓度:

式中:MMDA是MDA质量摩尔浓度,μmol/g;c是MDA体积摩尔浓度,μmol/L;N是提取液体积,mL;W是植物组织鲜重,g。

测定结果详见表1。

2.2 苜蓿根系保护酶的变化

低温胁迫下,植物体内超常积累活性氧自由基,引起膜脂过氧化导致冷伤害[12]。而植物体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物歧化酶(POD)等保护酶系统具有清除活性氧自由基的功能,以减轻活性氧对植物的伤害[13]。测定苜蓿根系保护酶的含量,可以反映出其越冬期抵御低温的能力。

2.2.1 超氧化物歧化酶

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,简称SOD)是植物抗氧化系统的第1道防线,是酶促清除系统的核心酶。逆境中的许多植物,其体内SOD的活性都发生了变化[14],当然苜蓿也不例外。SOD的高活性避免了活性氧自由基的大量积累,有利于苜蓿细胞膜的稳定,从而提高苜蓿的抗寒性。

超氧化物歧化酶采用氮蓝四唑法测定,不同处理下超氧化物歧化酶活性测定结果详见表1。

2.2.2 过氧化物歧化酶

过氧化物歧化酶(POD)采用愈创木酚氧化法测定。测定结果详见表1。

2.3 苜蓿根系活力的对比

根系是牧草重要的吸收与合成器官,根系的生长状况及其活力水平直接影响牧草的品质和产量。苜蓿作为宿根牧草,主要依赖根部的活力渡过越冬期,所以,苜蓿根系活力在很大程度上不仅能衡量其生长状况,更能反映出植株抗寒性的强弱。研究表明,宿根花卉、野牛草、玉簪等植物在低温胁迫下,根系活力均与植物抗寒性呈显著的相关关系。可见根系活力是衡量植物抗寒性的重要指标。

研究中采用TTC法测定根系活力。氯化三苯基四氮唑(TTC)是可溶于水的氧化还原物质,但被还原后即生成红色而不溶于水的TTF,而TTF的还原量能表示脱氢酶活性,并作为根系活力的指标。具体步骤主要包括定性测定和定量测定。定性测定首先确定苜蓿根系样品有脱氢酶存在;定量测定则包括TTC标准曲线的制作和四氮唑还原强度的计算,四氮唑还原强度可用来表示根系活力。四氮唑还原强度公式如下:

式中:RA是根系活力,mg/(g·h);CTTF是四氮唑还原量,μg;WR是根重,g;H是时间,h。

测定结果详见表1。

研究结果显示,融冻水灌溉条件下,苜蓿根系活力均有不同程度提高,其中以中水量灌溉处理,根系活力增加幅度最大。根系活力的测定结果说明采用融冻水灌溉措施可切实提高苜蓿抗寒性,当以70%田持作为灌水量下限时根系活力获得了较大幅度的提升。

2.4 苜蓿测产结果

2015年试验田苜蓿为第2年生苜蓿,根据当地生产经验收获2茬,第1茬收获为2015年7月5日,第2茬收获为2015年9月20日。对各处理分别进行测产,结果见表2。

kg/hm2

从表2可以看出,不同春灌处理下苜蓿均有一定程度的增产,其原因在于苜蓿返青期良好的土壤墒情提高了苜蓿的成活率,并促进了苜蓿苗期的生长发育。春灌的中灌与高灌两种处理其最终产量较为接近,而中灌产量略高于高灌产量。

3 讨论与结论

3.1 融冻水灌溉条件下苜蓿抗寒性评价

融冻水灌溉后,苜蓿根系生理生化指标发生一系列变化,根据植物生理学理论,指标高低与苜蓿抗寒性密切相关,但是各指标之间具有相互协同作用,采用综合打分来确定最优灌水量,计分规则为以不灌水处理为对照,每一项指标的变化方向符合植物抗寒性理论即可得分,不符合植物抗寒性理论不得分,按照组分的变化强度由强到弱依次得分3、2、1分。得分表见表3。

注:(1)越高抗寒能力越强;(2)越低抗寒能力越强。

综合比较可以看出,中水量灌溉对苜蓿抗寒性的提高效果最好,因此认为融冻水灌水量应以70%田间持水量为宜,实践中,滴灌模式下,融冻水灌溉以2次为宜。

3.2 基于产量的融冻水优化灌溉模式评价

由测产结果可以看出,春灌条件下苜蓿的产量明显高于对照处理,笔者认为,春季土壤墒情较差,不利于苜蓿返青和成活率的提高,春灌恰恰能为苜蓿提供良好的生境条件。同时,试验区5-6月冷空气活动较为频繁,苜蓿冻害时有发生,而苜蓿根系抗寒性生理指标的测定结果表明,春灌条件下,苜蓿的抗寒性有较大幅度的增强,有助于苜蓿返青期的生长发育和抵御倒春寒。

3种春灌水量的产量对比可以看出,中水量(70%田持)和高水量(90%田持)春灌条件下产量较高,中水量春灌处理苜蓿产量略高于高水量春灌处理,结合苜蓿抗寒性生理指标得分,初步认为春灌采用中水量灌溉为较优模式。

3.3 结论与展望

春灌条件下,返青期苜蓿根系可溶性糖呈现出随灌溉水量的增加而增加的趋势,由于可溶性糖含量越大苜蓿的抗寒能力越强,说明融冻水灌溉增强了苜蓿的抗寒能力。MDA是苜蓿逆境伤害的产物,在融冻水灌溉条件下,返青期苜蓿根系中MDA含量下降,侧面反映出融冻水灌溉有助于苜蓿抗寒性的提高。在3种灌水处理下,根系活力均有提升,其中以中水量灌溉处理提升幅度最大,达到169.74%,更直接说明融冻水灌溉提高了苜蓿抗寒性。通过不同灌溉水平的融冻水灌溉试验,从可溶性糖、丙二醛、根系活力3个方面证明,融冻水灌溉可以显著提高苜蓿的抗寒性。研究结果表明,低、中、高3种灌溉水量处理中,以中水量灌溉效果最佳。

春灌采用中水量灌溉模式获得了较高的产量,通过不同数据的综合比较,初步确认春灌中水量灌溉为是苜蓿春灌的较优灌溉模式。在应用过程中应注意与当地苜蓿生育期相结合,融冻水灌溉不宜过早。

伴随着我国农牧业产业结构不断调整和种草畜牧业的迅速发展,紫花苜蓿的种植区域不断扩大,这些区域地形复杂,气候多样,苜蓿越冬除需适应低温胁迫,还面临干旱、盐渍化等多种环境胁迫。要解决苜蓿安全越冬这一问题,就需要对其抗逆机理进行深入研究。多年来随着对苜蓿抗寒性研究的逐步深入,对其适应低温胁迫的机理有了一定的认识,但如何保证苜蓿安全越冬才是我们的目的所在。为了减轻冻害,有条件的地区可以通过灌水、覆土、调整种植制度等措施帮助苜蓿安全越冬。改良育种也是保证苜蓿安全生产的一项重要措施,在引进国外优良苜蓿品种的同时,积极培育和改良适合我国地理环境的苜蓿品种。利用传统育种技术,我国先后于育成了多种耐寒品种,但由于常规育种周期长、成本高,尚不能完全满足苜蓿生产的需要。近年来分子生物学、生物化学技术不断发展,为抗寒机理和改良育种提供了有效的技术支撑,尽管基因工程可迅速提高苜蓿的抗寒越冬能力,但是考虑到安全性、稳定性等因素,转基因苜蓿大多还停留在试验阶段,尚未进入生产应用,同时常规育种与现代育种技术还未有机结合。在未来的研究中应将多层次的方法、技术结合起来,充分关注并切实提高苜蓿的抗寒越冬能力。

摘要：伴随饲草地建设规模的迅猛发展,认识和研究紫花苜蓿越冬期抗寒机理,已经成为草原牧区研究热点之一。研究以大田种植苜蓿为试验平台,以不同的春灌水量作为试验处理,测定苜蓿返青期根系的抗寒性生理指标及最终产量等生命信息,分析其变化,并对春灌提高苜蓿返青期抗寒性的作用进行深入研究。根据试验结果,初步确定春灌灌水量采用中水量灌溉为较优模式。